CN115789522A - 一种泵管系统及具有该泵管系统的采矿输送系统和输送方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泵管系统及具有该泵管系统的采矿输送系统和输送方法，泵管系统包括从下至上依次相连通设置的至少两级泵管子系统；位于最底部的第一级泵管子系统包括至少两个底部中继仓，其上方设有与其相连通的底部提升硬管；其余的每级泵管子系统均包括至少一个中部中继仓，其上方至少设有两根与其相连通的中部提升硬管，每个中部中继仓内设有混合给料机，用于分配其内部的矿浆进入到各中部提升硬管内的矿浆量。本发明通过设置至少两级泵管子系统，使得矿浆从下端的底部中继仓提升到中部中继仓后开始混合，中部中继仓中混合给料机将矿浆分配到各中部提升硬管内，同时可控制当地海水的进入量，实现了矿浆流动参数和两相流混合程度的有效控制。

Description

一种泵管系统及具有该泵管系统的采矿输送系统和输送方法

技术领域

本发明属于深海采矿技术领域，尤其涉及一种泵管系统及具有该泵管系统的采矿输送系统和输送方法。

背景技术

商业化深海采矿是一个多样化的复杂生产过程，采矿的动态参数将随着海底地形、水深和矿物丰度而变化。为矿浆提升提供通道和动力的泵管输送系统相应地也应具备灵活的工况适应能力，而现有的单管道垂直提升系统，泵管的参数不能调节，矿浆的流动参数和两相流的混合程度在管线的中上端实际难以控制，造成局部输送参数单一，且存在局部颗粒浓度过大而堵管的风险。而且，不同深度的海水组分差异较大，即使将矿水分离后去污染的海水也不能直接排入当地海水，深排将消耗额外的能源。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种泵管系统及具有该泵管系统的采矿输送系统和输送方法。

根据本发明的一个方面，提供一种泵管系统，包括从下至上依次相连通设置的至少两级泵管子系统；位于最底部的第一级泵管子系统包括至少一个底部中继仓，每个所述底部中继仓的上方设有与其相连通的底部提升硬管；其余的每级泵管子系统均包括至少一个中部中继仓，每个所述中部中继仓的上方至少设有两根与其相连通的中部提升硬管；每根所述底部提升硬管和所述中部提升硬管上均至少配置一个提升泵。

优选的，每个所述中部中继仓内均设有用于对各所述中部提升硬管内的输送矿浆量进行分配的混合给料机。

优选的，所述混合给料机包括料仓、排水管、转轮、至少一个旋转阀板和至少两根出料管；所述料仓的顶端为矿浆进口，所述矿浆进口的下方为所述排水管，所述排水管的下方为所述转轮；所述料仓的底端为矿浆出口并通过旋转阀板分别与各出料管相连通，所述旋转阀板可转动安装在所述矿浆出口处，用于分配料仓内的矿浆进入到各出料管内的矿浆量。

优选的，所述出料管为三通结构，其中一端与所述矿浆出口相连通，其中第二端与所述中部提升硬管中的一根相连通，其中第三端配置有可控制当地海水进入到出料管内进入量的阀门。

优选的，所述至少两级泵管子系统为一两级泵管子系统，位于最底部的第一级泵管子系统仅包括两个底部中继仓，第二级泵管子系统仅包括一个中部中继仓，所述中部中继仓内的混合给料机设有一个旋转阀板和两根出料管，所述中部中继仓的上方仅设有两根中部提升硬管，每根所述底部提升硬管和所述中部提升硬管上均配置一个提升泵。

优选的，所述旋转阀板包括转轴和阀板，所述转轴固定安装在所述矿浆出口处，所述阀板可转动安装在所述转轴上。

优选的，所述排水管上设置有滤网，用于防止矿浆颗粒从所述排水管处排出。

优选的，位于第一级泵管子系统上方的每级泵管子系统中，所述中部提升硬管中的一个设置为主中部提升硬管，其管径比其它中部提升硬管的管径大。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种采矿输送系统，包括上述本发明的泵管系统，还包括采矿船和集矿机；所述集矿机通过软管与所述底部中继仓中的一个相连通；位于最顶部的最后一级泵管子系统中的每个所述中部提升硬管的最上端均与所述采矿船相连通。

优选的，所述集矿机设置有多个，所述底部中继仓与集矿机相应配置成多个，将多个所述底部中继仓设计成一体分仓式结构，所述采矿船为分仓式结构。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种上述的采矿输送系统的输送方法，包括以下步骤：

1)先用集矿机将采集的矿浆通过软管输送到所述的底部中继仓；

2)通过提升泵将底部中继仓中的矿浆通过底部提升硬管提升到中部中继仓；

3)通过设置在中部中继仓内的混合给料机的作用，使矿浆在中部中继仓内进行混合，并根据实际需求通过旋转阀板的旋转作用将矿浆灵活地分配到各个不同的中部提升硬管内；

4)再通过提升泵将分配到各个中部提升硬管内的矿浆提升到采矿船。

上述的输送方法，优选的，当某一中部中继仓下端的集矿能力下降或者浓度变化导致其上端的流量需要降低时，通过将该中部中继仓中部分中部提升硬管对应的阀门关闭，以实现将相应的中部提升硬管的输送通道关闭，以调节泵管子系统的输送能力。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的一种泵管系统及具有该泵管系统的采矿输送系统和输送方法，通过从下至上依次相连通设置的至少两级泵管子系统，使得矿浆从下端的底部中继仓提升到中部中继仓后开始混合，中部中继仓中混合给料机的旋转阀板可将矿浆灵活地分配到各中部提升硬管内，中部中继仓中混合给料机的阀门可控制当地海水进入到出料管内的进入量，实现了矿浆流动参数和两相流混合程度的有效控制，改善了输送通畅性。当下端的集矿能力下降或者浓度变化导致流量需要降低时，通过将上端的中部中继仓中混合给料机的部分阀门关闭，即可实现将相应的中部提升硬管关闭，满足了不同条件下的输送能力，实现了灵活经济的输送特性。同时，通过从下至上依次相连通设置的至少两级泵管子系统，依次接力实现矿浆从海底到水面的提升，每一段均实现了海水置换，水面附近置换的海水可以实现直排，即达到了绿色环保的作业要求，又节省了深排消耗的额外能源。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1泵管系统的结构示意图；

图2是本发明实施例1泵管系统中混合给料机的结构示意图；

图3是本发明实施例2泵管系统的结构示意图；

图4是本发明实施例2泵管系统中混合给料机的结构示意图；

图5是本发明实施例3采矿输送系统的结构示意图；

图6是本发明实施例4采矿输送系统的结构示意图。

图示说明：11、第一底部中继仓；12、第二底部中继仓；13、第三底部中继仓；14、第四底部中继仓；21、第一底部提升硬管；22、第二底部提升硬管；23、第三底部提升硬管；24、第四底部提升硬管；3、中部中继仓；41、第一中部提升硬管；42、第二中部提升硬管；43、第三中部提升硬管；51、第一提升泵；52、第二提升泵；53、第三提升泵；54、第四提升泵；55、第五提升泵；56、第六提升泵；57、第七提升泵；6、混合给料机；61、料仓；62、排水管；621、滤网；63、转轮；641、第一旋转阀板；642、第二旋转阀板；651、第一出料管；652、第二出料管；653、第三出料管；661、第一阀门；662、第二阀门；663、第三阀门；7、采矿船；81、第一集矿机；82、第二集矿机；83、第三集矿机；84、第四集矿机；91、第一软管；92、第二软管；93、第三软管；94、第四软管。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

实施例1：

如图1、图2所示，一种泵管系统的第一种实施例，包括第一级泵管子系统和第二级泵管子系统。第一级泵管子系统包括第一底部中继仓11和第二底部中继仓12；第一底部中继仓11的上方设有与其相连通的第一底部提升硬管21，第一底部提升硬管21上配置有第一提升泵51，且其上端与第二级泵管子系统中的矿浆进口相连通；第二底部中继仓12的上方设有与其相连通的第二底部提升硬管22，第二底部提升硬管22上配置有第二提升泵52，且其上端与第二级泵管子系统中的矿浆进口相连通。第二级泵管子系统包括中部中继仓3，中部中继仓3的上方设有与其相连通的第一中部提升硬管41和第二中部提升硬管42，第一中部提升硬管41上配置有第三提升泵53，第二中部提升硬管42上配置有第四提升泵54；中部中继仓3内设有混合给料机6，用于分配其内部的矿浆进入到第一中部提升硬管41和第二中部提升硬管42内的矿浆量。混合给料机6包括料仓61、排水管62、转轮63、第一旋转阀板641和第一出料管651、第二出料管652；料仓61的顶端为矿浆进口，矿浆进口的下方为排水管62，用于排出矿浆中所含的海水；排水管62的下方为转轮63，矿浆进口处下落的矿浆堆积在此处，矿浆中的海水在上方，便于海水从排水管62处排出，当堆积的矿浆达到一定量时，转轮63开始转动，矿浆随着转轮63的转动下落至矿浆出口处；料仓61的底端为矿浆出口并通过第一旋转阀板641分别与第一出料管651和第二出料管652相连通，第一旋转阀板641可转动安装在矿浆出口处，用于分配料仓61内的矿浆进入到第一出料管651和第二出料管652内的矿浆量。第一出料管651为三通结构，其中一端与矿浆出口相连通，其中第二端与第一中部提升硬管41相连通，其中第三端与当地海水相连通且配置有第一阀门661；第二出料管652为三通结构，其中一端与矿浆出口相连通，其中第二端与第二中部提升硬管42相连通，其中第三端与当地海水相连通且配置有第二阀门662。该结构中，通过从下至上依次相连通设置的两级泵管子系统，使得矿浆从下端的底部中继仓提升到中部中继仓后开始混合，中部中继仓中混合给料机的旋转阀板可将矿浆灵活地分配到各中部提升硬管内，中部中继仓中混合给料机的阀门可控制当地海水进入到出料管内的进入量，实现了矿浆流动参数和两相流混合程度的有效控制，改善了输送通畅性。当下端的集矿能力下降或者浓度变化导致流量需要降低时，通过将上端的中部中继仓中混合给料机的部分阀门关闭，此时矿浆堆积在相应的出料管内，由于没有海水流入矿浆无法在管内提升，即可实现将相应的中部提升硬管关闭，满足了不同条件下的输送能力，实现了灵活经济的输送特性。同时，通过从下至上依次相连通设置的两级泵管子系统，依次接力实现矿浆从海底到水面的提升，每一段均实现了海水置换，水面附近置换的海水可以实现直排，即达到了绿色环保的作业要求，又节省了深排消耗的额外能源。

本实施例中，第一旋转阀板641包括转轴和阀板，转轴固定安装在矿浆出口处，阀板可转动安装在转轴上。该结构简单实用，安全可靠。

本实施例中，排水管62上设置有滤网621。该结构中，滤网621可防止矿浆颗粒从排水管62处排出，避免了矿浆颗粒的流失。

本实施例中，第一中部提升硬管41设置为主中部提升硬管，其规格(管径)比第二中部提升硬管42的规格大。该结构中，当下端的集矿能力下降或者浓度变化导致流量需要降低时，通过将中部中继仓3中混合给料机6的第二阀门662关闭，即可实现将第二中部提升硬管42关闭，此时仅第一中部提升硬管41工作；当流量需要大幅度降低时，通过将中部中继仓3中混合给料机6的第一阀门661关闭，即可实现将第一中部提升硬管41关闭，此时仅第二中部提升硬管42工作，满足了不同条件下的输送能力，实现了灵活经济的输送特性。

实施例2：

如图3、图4所示，一种泵管系统的第二种实施例，该一种泵管系统与实施例1基本相同，区别在于：本实施例中，还包括第三底部中继仓13和第四底部中继仓14；第三底部中继仓13的上方设有与其相连通的第三底部提升硬管23，第三底部提升硬管23上配置有第五提升泵55，且其上端与第二级泵管子系统中的矿浆进口相连通；第四底部中继仓14的上方设有与其相连通的第四底部提升硬管24，第四底部提升硬管24上配置有第六提升泵56，且其上端与第二级泵管子系统中的矿浆进口相连通。还包括设置在中部中继仓3上方且与其相连通的第三中部提升硬管43，第三中部提升硬管43上配置有第七提升泵57。还包括第二旋转阀板642和第三出料管653，第二旋转阀板642可转动安装在矿浆出口处，第二旋转阀板642与第一旋转阀板641共同用于分配料仓61内的矿浆进入到第一出料管651、第二出料管652和第三出料管653内的矿浆量；第三出料管653为三通结构，其中一端与矿浆出口相连通，其中第二端与第三中部提升硬管43相连通，其中第三端与当地海水相连通且配置有第三阀门663。第三中部提升硬管43的规格比第一中部提升硬管41的规格小。该结构中，通过在两级泵管子系统中设置更多的提升硬管，进一步满足了不同条件下的输送能力，更好地实现了灵活经济的输送特性。

实施例3：

如图1、图2和图5所示，一种采矿输送系统的第一种实施例，包括实施例1所述的泵管系统，还包括采矿船7和第一集矿机81、第二集矿机82、第一软管91、第二软管92；第一软管91的下端连接第一集矿机81、上端连接第一底部中继仓11，第二软管92的下端连接第二集矿机82、上端连接第二底部中继仓12，第一中部提升硬管41和第二中部提升硬管42的上端均与采矿船7相连通。该结构中，集矿机将采集的矿浆通过软管输送到底部中继仓，再通过底部提升硬管将矿浆提升至中部中继仓，再通过中部提升硬管将矿浆提升至采矿船，其结构简单，安全实用。

本实施例中，将第一底部中继仓11和第二底部中继仓12设计成一体分仓式结构，采矿船7设计为分仓式结构。该结构中，由于采矿船为分仓式结构，能够有效避免各中部提升硬管将矿浆输送至采矿船上时产生的输送干涉；将底部中继仓设计成一体分仓式结构，不但能够实现分体式设计所能避免的输送干涉，还能节省制造成本。

本实施例的工作过程如下：第一集矿机81将采集的矿浆通过第一软管91输送到第一底部中继仓11，第二集矿机82将采集的矿浆通过第二软管92输送到第二底部中继仓12；第一提升泵51将第一底部中继仓11中的矿浆通过第一底部提升硬管21提升到中部中继仓3，第二提升泵52将第二底部中继仓12中的矿浆通过第二底部提升硬管22提升到中部中继仓3；通过混合给料机6的作用，矿浆在中部中继仓3内进行混合，并根据实际需求通过第一旋转阀板641的旋转作用将矿浆灵活地分配到第一中部提升硬管41和第二中部提升硬管42内；第三提升泵53将分配到第一中部提升硬管41内的矿浆提升到采矿船7，第四提升泵54将分配到第二中部提升硬管42内的矿浆提升到采矿船7。

实施例4：

如图3、图4和图6所示，一种采矿输送系统的第二种实施例，该一种采矿输送系统与实施例3基本相同，区别在于：本实施例中，不包括实施例1所述的泵管系统，包括实施例2所述的泵管系统，还包括第三集矿机83、第四集矿机84、第三软管93、第四软管94；第三软管93的下端连接第三集矿机83、上端连接第三底部中继仓13，第四软管94的下端连接第四集矿机84、上端连接第四底部中继仓14，第三中部提升硬管43的上端与采矿船7相连。该结构中，通过设置更多的集矿机、软管和提升硬管，进一步满足了不同条件下的输送能力，更好地实现了灵活经济的输送特性。

以上仅为本发明的较佳具体实施方式，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种泵管系统，其特征在于，包括从下至上依次相连通设置的至少两级泵管子系统；位于最底部的第一级泵管子系统包括至少一个底部中继仓，每个所述底部中继仓的上方设有与其相连通的底部提升硬管；其余的每级泵管子系统均包括至少一个中部中继仓，每个所述中部中继仓的上方至少设有两根与其相连通的中部提升硬管；每根所述底部提升硬管和所述中部提升硬管上均至少配置一个提升泵。

2.根据权利要求1所述的泵管系统，其特征在于，每个所述中部中继仓内均设有用于对各所述中部提升硬管内的输送矿浆量进行分配的混合给料机。

3.根据权利要求2所述的泵管系统，其特征在于，所述混合给料机包括料仓、排水管、转轮、至少一个旋转阀板和至少两根出料管；所述料仓的顶端为矿浆进口，所述矿浆进口的下方为所述排水管，所述排水管的下方为所述转轮；所述料仓的底端为矿浆出口并通过旋转阀板分别与各出料管相连通，所述旋转阀板可转动安装在所述矿浆出口处，用于分配料仓内的矿浆进入到各出料管内的矿浆量。

4.根据权利要求3所述的泵管系统，其特征在于，所述出料管为三通结构，其中一端与所述矿浆出口相连通，其中第二端与所述中部提升硬管中的一根相连通，其中第三端配置有可控制当地海水进入到出料管内进入量的阀门。

5.根据权利要求4所述的泵管系统，其特征在于，所述至少两级泵管子系统为一两级泵管子系统，位于最底部的第一级泵管子系统仅包括两个底部中继仓，第二级泵管子系统仅包括一个中部中继仓，所述中部中继仓内的混合给料机设有一个旋转阀板和两根出料管，所述中部中继仓的上方仅设有两根中部提升硬管，每根所述底部提升硬管和所述中部提升硬管上均配置一个提升泵。

6.根据权利要求3所述的泵管系统，其特征在于，所述排水管上设置有滤网，用于防止矿浆颗粒从所述排水管处排出。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的泵管系统，其特征在于，位于第一级泵管子系统上方的每级泵管子系统中，所述中部提升硬管中的一个设置为主中部提升硬管，其管径比其它中部提升硬管的管径大。

8.一种采矿输送系统，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的泵管系统，还包括采矿船和集矿机；所述集矿机通过软管与所述底部中继仓中的一个相连通；位于最顶部的最后一级泵管子系统中的每个所述中部提升硬管的最上端均与所述采矿船相连通。

9.根据权利要求8所述的采矿输送系统，其特征在于，所述集矿机设置有多个，所述底部中继仓与集矿机相应配置成多个，将多个所述底部中继仓设计成一体分仓式结构，所述采矿船为分仓式结构。

10.一种权利要求8或9所述的采矿输送系统的输送方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)先用集矿机将采集的矿浆通过软管输送到所述的底部中继仓；

2)通过提升泵将底部中继仓中的矿浆通过底部提升硬管提升到中部中继仓；

3)通过设置在中部中继仓内的混合给料机的作用，使矿浆在中部中继仓内进行混合，并根据实际需求通过旋转阀板的旋转作用将矿浆灵活地分配到各个不同的中部提升硬管内；

4)再通过提升泵将分配到各个中部提升硬管内的矿浆提升到采矿船。

11.根据权利要求10所述的输送方法，其特征在于，当某一中部中继仓下端的集矿能力下降或者浓度变化导致其上端的流量需要降低时，通过将该中部中继仓中部分中部提升硬管对应的阀门关闭，以实现将相应的中部提升硬管的输送通道关闭，以调节泵管子系统的输送能力。

Images